JPH11224795A - Method and apparatus for generating plasma, plasma-applied surface treatment method and gas treatment method - Google Patents

Method and apparatus for generating plasma, plasma-applied surface treatment method and gas treatment method

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JPH11224795A
JPH11224795A JP10028277A JP2827798A JPH11224795A JP H11224795 A JPH11224795 A JP H11224795A JP 10028277 A JP10028277 A JP 10028277A JP 2827798 A JP2827798 A JP 2827798A JP H11224795 A JPH11224795 A JP H11224795A
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JP
Japan
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plasma
power supply
voltage
electrodes
switching circuit
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JP10028277A
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Japanese (ja)
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Toshimoto Sugimoto
敏司 杉本
Seiichi Goto
誠一 後藤
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SHIN SEIKI KK
Original Assignee
SHIN SEIKI KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems attributable to the charge-up in generating the plasma, to smoothly generate the plasma with simple constitution at a low cost, and stabilize the plasma for a long time. SOLUTION: The plasma is generated by generating the alternating voltage to represent the pulse waveform using a high-voltage DC power supply and an inverter power supply 11 having a small switching circuit, and applying the alternating voltage to a pair of electrodes 6 arranged opposite to each other. A control means 19 to keep the plasma condition at the prescribed target condition based on the signal from a light intensity detecting means 15, a current value detecting means, or an impedance detecting means, is provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本願発明は、プラズマ生成方法、
プラズマ生成装置、プラズマ利用表面処理方法、並びに
プラズマ利用ガス処理方法に係り、詳しくは、パルス波
形を呈する交番電界を励起源としてプラズマを生成させ
るための技術、及びその応用技術に関する。
The present invention relates to a plasma generation method,
The present invention relates to a plasma generation apparatus, a plasma-based surface treatment method, and a plasma-based gas treatment method, and more particularly, to a technique for generating plasma using an alternating electric field having a pulse waveform as an excitation source, and an application technique thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年においては、種々の分野でプラズマ
の利用が推進されるに至っているが、この種のプラズマ
を生成する手法としては、通例、高周波やマイクロ波等
の正弦波電圧を、相互に対向状に配設された一対の電極
に対して印加することにより行われている。そして、こ
の種のプラズマの生成装置は、高性能な真空装置と組み
合わせて使用されるのが通例であり、従って、プラズマ
の生成は比較的高度な真空雰囲気中で行う必要性がある
とされていた。
2. Description of the Related Art In recent years, the use of plasma has been promoted in various fields. As a method of generating this kind of plasma, a sine wave voltage such as a high frequency wave or a microwave is generally used. Is applied to a pair of electrodes arranged opposite to each other. This type of plasma generating apparatus is generally used in combination with a high-performance vacuum apparatus. Therefore, it is said that plasma needs to be generated in a relatively high-vacuum atmosphere. Was.

【0003】一方、この種のプラズマ生成手法の変形的
具体例として、例えば特開昭61−149486号公報
及び特開昭62−50472号公報によれば、電極に対
してプラズマ生成用の高周波電圧をパルス状に印加する
構成が開示れている。しかしながら、これらの公報に開
示の技術はいずれも、高周波電圧を間欠的に印加するも
のであり、換言すれば、1パルスが複数周波数の正弦波
電圧として形成された疑似パルス信号を印加するもので
あって、基本的には上記の場合と同様にして、正弦波電
圧を利用してプラズマを生成させるものである。
On the other hand, as a modified specific example of this type of plasma generation method, for example, according to Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 61-149486 and 62-50472, a high-frequency voltage for plasma generation is applied to an electrode. Is applied in a pulse form. However, all of the techniques disclosed in these publications apply a high-frequency voltage intermittently, in other words, apply a pseudo pulse signal in which one pulse is formed as a sine wave voltage of a plurality of frequencies. Then, basically, a plasma is generated using a sine wave voltage in the same manner as in the above case.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来に
おけるプラズマの生成手法では、電極に対する供給電圧
が正弦波形を呈しているが故に、現実にプラズマ生成に
寄与される電源のエネルギー効率が極めて低下するとい
う問題が生じる。そして、これに起因して、電力消費量
が大きくなると共に、熱の発生を抑制するための冷却装
置等が別途必要になり、省エネルギー化を図る上で大き
な妨げになる。
By the way, in the above-described conventional plasma generation method, since the supply voltage to the electrodes has a sinusoidal waveform, the energy efficiency of the power supply actually contributing to the plasma generation is extremely reduced. The problem arises. As a result, the power consumption increases, and a cooling device or the like for suppressing the generation of heat is separately required, which greatly hinders energy saving.

【0005】また、上記従来のようにプラズマの生成に
正弦波電圧を使用していたのでは、当該電圧の立ち上が
りが緩やかであることに起因して、一対の電極間におけ
る一部で集中して電界が生じることにより、その箇所の
絶縁性が局部的に低下することになるため、プラズマの
生成についてもその箇所のみが活発化され、電極相互間
における均一なプラズマの生成が阻害される。加えて、
この種の正弦波電圧によれば、当該電圧の立ち下がりも
緩やかであるため、一旦生成されたプラズマが瞬時に消
失されることはなく、これに起因して、プラズマ特性と
しては好ましくない状態のアークプラズマが生成され易
くなるという問題をも有している。
Further, when a sine-wave voltage is used for generating plasma as in the above-described conventional technique, a portion of the voltage between the pair of electrodes is concentrated due to the gradual rise of the voltage. When an electric field is generated, the insulating property at the location is locally reduced, so that only the location is activated with respect to the generation of plasma, and the generation of uniform plasma between the electrodes is inhibited. in addition,
According to this kind of sine wave voltage, since the fall of the voltage is gradual, the plasma once generated is not instantaneously lost, and due to this, the state of the plasma characteristic becomes unfavorable. There is also a problem that arc plasma is easily generated.

【0006】そして、上記アークプラズマは、真空度の
高い雰囲気中では生成され難いという特性があるため、
このアークプラズマの生成を阻止するには、極めて高性
能の真空装置例えば高価なターボ分子ポンプ等を備えた
真空装置が必要になり、当該装置の複雑化やそのコスト
の上昇等を招くことになる。
[0006] The arc plasma has a characteristic that it is difficult to be generated in an atmosphere having a high degree of vacuum.
In order to prevent the generation of the arc plasma, an extremely high-performance vacuum device, for example, a vacuum device equipped with an expensive turbo-molecular pump or the like is required, which leads to complication of the device and an increase in cost thereof. .

【0007】更に、上記従来のプラズマ生成技術は、パ
ルス発生用の電気的構成手段として、極めて効率の悪い
電源回路等を使用している嫌いがあり、またその回路構
成についても小型化や簡素化等を図るための工夫が何ら
なされておらず、このためプラズマ生成用の装置の更な
る複雑化や大型化を招くばかりでなく、更なるコストの
高騰をも来すという問題を有している。
Further, the above-mentioned conventional plasma generation technology dislikes the use of an extremely inefficient power supply circuit or the like as an electrical component for generating a pulse, and the circuit configuration is downsized and simplified. No measures have been taken to achieve such a problem, and this not only causes a further increase in the complexity and size of the plasma generating apparatus, but also causes a problem of further increasing the cost. .

【0008】加えて、上記従来のプラズマ生成手法によ
れば、例えば既存の材料等でなる被処理物の表面をプラ
ズマ中に晒すことによりその表面状態を改質しようとし
た場合などにおいては、正弦波電圧の変動低下に起因す
る電圧値の不足及びこれに伴う当該被処理物の表面に対
する電気的付着力や電気的処理力の不足を補うことを目
的として、直流の正または負のバイアス電圧を被処理物
に与えるようにし、当該処理に関連する負や正の電荷を
持つ粒子を静電気力により被処理物の表面に衝突させる
ことが行われる。しかしながら、このような処理が持続
して行われた場合には、当該被処理物の表面が負の電荷
のみ又は正の電荷のみで覆われることになる所謂チャ−
ジアップ現象を招来する。そして、これに起因して、上
記表面状態の改質がスムーズに行われ得なくなるばかり
でなく、均一なプラズマの生成が阻害されるなどして、
プラズマの生成そのものに支障を来すという不具合を招
く。このような問題は、上記被処理物の表面部が絶縁性
材料で形成されている場合に顕著に現れる。
[0008] In addition, according to the above-described conventional plasma generation method, for example, when the surface state of an object to be processed made of an existing material or the like is to be modified by exposing the surface to plasma, the sinusoidal shape is required. DC positive or negative bias voltage for the purpose of compensating for the shortage of the voltage value due to the decrease in the fluctuation of the wave voltage and the shortage of the electric adhesion force and the electric processing force to the surface of the object to be processed due to the shortage. In this method, particles having negative or positive charges related to the treatment are caused to collide with the surface of the treatment object by electrostatic force. However, when such processing is continuously performed, the surface of the object to be processed is covered with only negative charges or only positive charges.
This causes a zip-up phenomenon. And, due to this, not only the surface state cannot be smoothly modified, but also the generation of uniform plasma is hindered,
This causes a problem that the generation of plasma itself is hindered. Such a problem is conspicuous when the surface of the object is formed of an insulating material.

【0009】尚、このチャージアップの問題に対して
は、例えば特開平8−92765号公報によれば、電極
に対して正のみの高周波電圧をパルス状に印加すること
により、チャージアップダメージの発生を抑制するとの
記載内容が存在する。しかしながら、この公報のように
プラズマ生成用に正電圧のみを印加していたのでは、当
該被処理物の表面が負の電荷のみで覆われてしまうおそ
れがあり、チャージアップによる弊害を完全に回避する
ことは困難なことであると共に、この場合のプラズマ生
成用の電圧は、高周波自体をパルス化した疑似パルス信
号であるため、正弦波形を呈していることによる上記列
挙した事項と同様の問題が生じる。また、例えば特開平
8−139077号公報によれば、パルス波形を呈する
バイアス電圧を被処理物に印加することにより、電子シ
ェーディングすなわちチャージアップ等による弊害を除
去するようにした構成が開示されている。しかしなが
ら、この公報に開示の技術は、チャージアップを防止す
るためのバイアス電圧としてパルス信号を印加している
ものであるのに対して、プラズマ生成用の電圧として
は、マグネトロンで発生したマイクロ波を利用して得ら
れる電圧すなわち正弦波形を呈する電圧を印加している
ものである。従って、この公報に開示の技術によるにし
ても、チャージアップによる弊害の抑制については期待
できるものの、プラズマ生成用の電圧が正弦波形を呈し
ていることによる上記列挙した事項と同様の問題が生じ
ることに加えて、チャージアップ防止用の電源装置と、
プラズマ生成用の電源装置との2系統の電気系が必要に
なり、電源装置ひいてはプラズマ生成装置の大型化や複
雑化を余儀なくされるという問題をも有している。
In order to solve the problem of charge-up, for example, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-92765, charge-up damage is caused by applying a positive high-frequency voltage to an electrode in a pulsed manner. There is a description that suppresses. However, if only a positive voltage is applied for plasma generation as in this publication, there is a possibility that the surface of the object to be processed may be covered with only negative charges, and the adverse effect due to charge-up is completely avoided. In this case, the voltage for generating plasma is a pseudo-pulse signal obtained by pulsing a high frequency wave itself. Occurs. Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-13977 discloses a configuration in which a bias voltage having a pulse waveform is applied to an object to be processed, so that adverse effects due to electron shading, that is, charge-up, are removed. . However, in the technology disclosed in this publication, a pulse signal is applied as a bias voltage for preventing charge-up, whereas a microwave generated by a magnetron is used as a voltage for plasma generation. A voltage obtained by utilizing the voltage, that is, a voltage having a sine waveform is applied. Therefore, although the technology disclosed in this publication can be expected to suppress the adverse effects due to charge-up, the same problems as those listed above due to the fact that the voltage for plasma generation has a sine waveform may occur. In addition, a power supply device for preventing charge-up,
There is also a problem that two electric systems are required, including a power supply device for plasma generation, and the power supply device and, consequently, the size and complexity of the plasma generation device must be increased.

【0010】また、従来より公知となっているプラズマ
生成用装置によれば、現実に発生しているプラズマの状
態を目標となる状態に常に維持するという事項について
は、何ら考慮がなされておらず、従って、プラズマの状
態が生成途中で好まざる状態に変化してしまう等の不具
合を招き、長時間にわたって安定した状態のプラズマが
得られないという難点をも有している。
Further, according to the conventionally known apparatus for plasma generation, no consideration is given to the fact that the state of the plasma actually generated is always maintained at the target state. Therefore, the plasma state may be changed to an undesired state during the generation, and the plasma state may not be stable for a long time.

【0011】本願発明は、上記事情に鑑みてなされたも
のであり、単一の電源装置によりチャージアップに起因
するプラズマ生成時の弊害を除去すると共に、均一なプ
ラズマの生成を極めて簡素な構成をもって低コストで行
えるようにし、且つ低真空中或いは大気中であっても良
質のプラズマが生成され得るようにし、而も長時間にわ
たるプラズマの安定化を図ることを技術的課題とするも
のである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and eliminates the adverse effects of plasma generation caused by charge-up by a single power supply device, and has a very simple configuration for generating uniform plasma. An object of the present invention is to provide a low-cost and high-quality plasma that can be generated even in a low vacuum or in the air, and to stabilize the plasma for a long time.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本願発明に係るプラズマ
生成方法、プラズマ生成装置、プラズマ利用表面処理方
法、並びにプラズマ利用ガス処理方法は、上記技術的課
題を達成するため、以下に示すように構成したことを特
徴とする。
Means for Solving the Problems A plasma generation method, a plasma generation apparatus, a plasma-based surface treatment method, and a plasma-based gas treatment method according to the present invention have the following configurations in order to achieve the above-mentioned technical problems. It is characterized by having done.

【0013】即ち、本願の請求項1に記載したプラズマ
生成方法に係る発明は、高圧直流電源及び小型スイッチ
ング回路を有するインバータ電源を用いてパルス波形を
呈する交番電圧を生じさせると共に、相互に対向状に配
設された一対の電極に対して上記交番電圧を印加するこ
とによりプラズマを生成させるようにしたものである。
That is, the invention according to the plasma generating method described in claim 1 of the present application uses a high-voltage DC power supply and an inverter power supply having a small-sized switching circuit to generate an alternating voltage having a pulse waveform and to face each other. A plasma is generated by applying the alternating voltage to a pair of electrodes arranged in the plasma.

【0014】本願の請求項2に記載したプラズマ生成装
置に係る発明は、高圧直流電源及び小型スイッチング回
路を有し且つパルス波形を呈する交番電圧を生じさせる
インバータ電源と、該インバータ電源の小型スイッチン
グ回路に電気的に接続され且つ所定寸法離間して対向状
に配設された一対の電極とを備えたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit and generating an alternating voltage having a pulse waveform, and a small switching circuit for the inverter power supply. And a pair of electrodes which are electrically connected to each other and are arranged in a facing manner with a predetermined distance therebetween.

【0015】本願の請求項3に記載したプラズマ生成装
置に係る発明は、高圧直流電源及び小型スイッチング回
路を有し且つパルス波形を呈する交番電圧を生じさせる
インバータ電源と、該インバータ電源の小型スイッチン
グ回路に電気的に接続され且つ所定寸法離間して対向状
に配設された一対の電極と、該電極に上記交番電圧を印
加することにより生成されるプラズマの光強度を検出す
る光強度検出手段と、該光強度検出手段からの信号に基
づいて上記交番電圧の電圧値と周波数とデューティー比
とのうちの少なくともいずれか一つを制御する制御手段
とを備えたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit and generating an alternating voltage having a pulse waveform, and a small switching circuit for the inverter power supply. A pair of electrodes which are electrically connected to each other and are disposed opposite to each other at a predetermined distance, and light intensity detecting means for detecting the light intensity of plasma generated by applying the alternating voltage to the electrodes. And control means for controlling at least one of the voltage value, frequency and duty ratio of the alternating voltage based on a signal from the light intensity detecting means.

【0016】本願の請求項4に記載したプラズマ生成装
置に係る発明は、高圧直流電源及び小型スイッチング回
路を有し且つパルス波形を呈する交番電圧を生じさせる
インバータ電源と、該インバータ電源の小型スイッチン
グ回路に電気的に接続され且つ所定寸法離間して対向状
に配設された一対の電極と、該電極間を流れる電流値を
検出する電流値検出手段と、該電流値検出手段からの信
号に基づいて上記交番電圧の電圧値と周波数とデューテ
ィー比とのうちの少なくともいずれか一つを制御する制
御手段とを備えたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit and generating an alternating voltage having a pulse waveform, and a small switching circuit for the inverter power supply. A pair of electrodes which are electrically connected to each other and are disposed opposite to each other with a predetermined distance therebetween, current value detecting means for detecting a current value flowing between the electrodes, and a signal from the current value detecting means. And control means for controlling at least one of the voltage value, frequency and duty ratio of the alternating voltage.

【0017】本願の請求項5に記載したプラズマ生成装
置に係る発明は、高圧直流電源及び小型スイッチング回
路を有し且つパルス波形を呈する交番電圧を生じさせる
インバータ電源と、該インバータ電源の小型スイッチン
グ回路に電気的に接続され且つ所定寸法離間して対向状
に配設された一対の電極と、該電極間のインピーダンス
を検出するインピーダンス検出手段と、該インピーダン
ス検出手段からの信号に基づいて上記交番電圧の電圧値
と周波数とデューティー比とのうちの少なくともいずれ
か一つを制御する制御手段とを備えたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit and generating an alternating voltage having a pulse waveform, and a small switching circuit for the inverter power supply. A pair of electrodes which are electrically connected to each other and are disposed opposite to each other with a predetermined distance therebetween, impedance detecting means for detecting impedance between the electrodes, and the alternating voltage based on a signal from the impedance detecting means. And control means for controlling at least one of the voltage value, the frequency, and the duty ratio.

【0018】本願の請求項6に記載したプラズマ利用表
面処理方法に係る発明は、上述の請求項1に記載の方法
または請求項2、3、4もしくは5に記載の装置を使用
して生成されたプラズマ中に、高分子材料またはセラミ
ック材料の表面を晒すことにより、当該表面の状態を改
質するようにしたものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a plasma-assisted surface treatment method using the method according to the first aspect or the apparatus according to the second, third, fourth, or fifth aspect. By exposing the surface of a polymer material or a ceramic material to plasma, the state of the surface is modified.

【0019】本願の請求項7に記載したプラズマ利用表
面処理方法に係る発明は、上述の請求項1に記載の方法
または請求項2、3、4もしくは5に記載の装置を使用
して生成されたプラズマ中に、金属材料の表面を晒すこ
とにより、当該表面に薄膜を形成するようにしたもので
ある。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a plasma-assisted surface treatment method which is produced using the method according to the first aspect or the apparatus according to the second, third, fourth or fifth aspect. By exposing the surface of the metal material to the plasma, a thin film is formed on the surface.

【0020】本願の請求項8に記載したプラズマ利用表
面処理方法に係る発明は、上述の請求項1に記載の方法
または請求項2、3、4もしくは5に記載の装置を使用
して生成されたプラズマ中に、生体代替品もしくは生体
装着品の表面を晒すことにより、当該表面の親水性を向
上させるようにしたものである。
The invention according to a plasma-based surface treatment method according to claim 8 of the present application is produced by using the method according to claim 1 or the apparatus according to claims 2, 3, 4 or 5. By exposing the surface of the living body substitute or the living body wearing article to the plasma, the hydrophilicity of the surface is improved.

【0021】本願の請求項9に記載したプラズマ利用表
面処理方法に係る発明は、上述の請求項1に記載の方法
または請求項2、3、4もしくは5に記載の装置を使用
して生成されたプラズマ中に、汚染物の表面を晒すこと
により、当該表面の消毒を行うようにしたものである。
The invention according to the plasma-based surface treatment method according to the ninth aspect of the present invention is produced by using the method according to the first aspect or the apparatus according to the second, third, fourth or fifth aspect. The surface of the contaminant is exposed to the plasma to disinfect the surface.

【0022】本願の請求項10に記載したプラズマ利用
ガス処理方法に係る発明は、上述の請求項1に記載の方
法または請求項2、3、4もしくは5に記載の装置を使
用して生成されたプラズマ中に、有害ガスを導入するこ
とにより、当該ガス中に含有されている有害成分を低減
もしくは除去するようにしたものである。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a plasma-assisted gas processing method which is produced by using the method of the first aspect or the apparatus of the second, third, fourth or fifth aspect. By introducing a harmful gas into the plasma, harmful components contained in the gas are reduced or removed.

【0023】[0023]

【発明の作用及び効果】上記請求項1に記載したプラズ
マ生成方法によると、高圧直流電源と小型スイッチング
回路とを有するインバータ電源を使用しており、上記小
型スイッチング回路は例えばMOSFET素子やTTL
素子等の小型半導体素子で構成することが可能である。
そして、このような構成のインバータ電源を使用すれ
ば、電力消費量の削減が可能になるのみならず、電圧や
電流の制御をスイッチングのみで行えることになる。従
って、プラズマ生成用の電気回路構成が極めて簡素化さ
れ且つ小型化されると共に、部品点数の削減並びにコス
トの低廉化等を図ることが可能になる。
According to the plasma generating method of the present invention, an inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit is used, and the small switching circuit is, for example, a MOSFET element or a TTL.
It can be composed of a small semiconductor element such as an element.
When the inverter power supply having such a configuration is used, not only the power consumption can be reduced, but also the control of voltage and current can be performed only by switching. Therefore, the configuration of the electric circuit for plasma generation is extremely simplified and downsized, and the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.

【0024】また、上記インバータ電源により得られる
プラズマ生成用の電圧は、パルス波形を呈しているが故
に、従来の正弦波電圧に比して電源のエネルギー効率が
向上し、これに伴って更なる電力消費量の削減が図られ
ると共に、熱の発生量が低減されることから冷却装置等
を別途備える必要性がなくなり、装置全体の大型化や複
雑化を回避できることになる。
Further, since the voltage for generating plasma obtained by the inverter power supply has a pulse waveform, the energy efficiency of the power supply is improved as compared with the conventional sine wave voltage, and accordingly, the energy efficiency is further increased. Since the power consumption is reduced and the amount of generated heat is reduced, it is not necessary to separately provide a cooling device or the like, and it is possible to avoid an increase in the size and complexity of the entire device.

【0025】更に、上記プラズマ生成用の電圧がパルス
波形を呈していることから、当該電圧が瞬時に立ち上が
ることに起因して、一対の電極間における絶縁性が広範
囲にわたって均一に損なわれることになり、これにより
局部的な電界の集中発生に伴うプラズマの偏在が回避さ
れ、電極相互間における均一なプラズマの生成が可能に
なる。
Further, since the voltage for generating plasma has a pulse waveform, the insulation between the pair of electrodes is impaired uniformly over a wide range due to the instantaneous rise of the voltage. Thus, uneven distribution of plasma due to local concentration of an electric field can be avoided, and uniform plasma can be generated between the electrodes.

【0026】加えて、この種のパルス電圧は、その立ち
下がりも瞬時に行われるため、一旦生成されたプラズマ
も瞬時に消失されることになり、これによりアークプラ
ズマが生成されなくなる。この結果、アークプラズマの
発生を未然に阻止するための高真空雰囲気が不要にな
り、低真空中や大気中においても良好にプラズマを生成
することが可能になることから、高価なターボ分子ポン
プ等を備える必要がなくなって、安価なロータリーポン
プ等を備えるのみで充分となり、真空装置の低コスト化
等を図ることが可能になる。
In addition, since the pulse voltage of this type falls instantaneously, the plasma once generated is also instantaneously extinguished, so that arc plasma is not generated. As a result, a high-vacuum atmosphere for preventing the generation of arc plasma is not required, and it is possible to generate plasma satisfactorily even in a low vacuum or in the atmosphere. Need not be provided, it is sufficient to provide only an inexpensive rotary pump or the like, and the cost of the vacuum apparatus can be reduced.

【0027】また、このようにパルス電圧は、その立ち
上がり及び立ち下がりが瞬時に行われるものであるか
ら、例えばこのパルス電圧により生成されるプラズマを
利用して被処理物の表面改質を行う場合などにおいて
は、電圧が印加されている間は常に一定の電圧値を確保
でき、従来の正弦波電圧のようにその電圧値が変動低下
して所要の電気的付着力や電気的処理力等を確保できな
くなるという事態は生じず、このためバイアス電圧を別
途印加する必要性もなくなる。
Since the pulse voltage rises and falls instantaneously as described above, for example, when the surface modification of an object to be processed is performed using plasma generated by the pulse voltage. In such a case, a constant voltage value can always be secured while a voltage is applied, and the voltage value fluctuates and decreases as in a conventional sine wave voltage to reduce required electric adhesion, electric processing power, and the like. There is no situation in which it cannot be ensured, so that there is no need to separately apply a bias voltage.

【0028】更に、電圧の極性は、上記スイッチングを
行うことにより所定の周期で反転される構成であり、こ
のようにして得られた交番電圧に基づいて生成されるプ
ラズマ中に被処理物を晒しても、印加電圧の極性が繰り
返し反転することから、上記被処理物の表面に正の電荷
のみ又は負の電荷のみが蓄積されることはなくなり、チ
ャージアップ現象の招来及びこれに伴う種々の弊害が回
避される。尚、このような現象は、被処理物の少なくと
も表面部が絶縁性材料で形成されている場合に、特に有
効なものとなる。
Further, the polarity of the voltage is inverted at a predetermined cycle by performing the above-described switching, and the object to be processed is exposed to the plasma generated based on the alternating voltage thus obtained. However, since the polarity of the applied voltage is repeatedly inverted, only positive charges or only negative charges do not accumulate on the surface of the object to be processed, which leads to a charge-up phenomenon and various adverse effects associated therewith. Is avoided. Note that such a phenomenon is particularly effective when at least the surface of the object to be processed is formed of an insulating material.

【0029】また、上記のようにスイッチングのみで得
られた交番電圧による駆動は、従来のようにオーム損失
を伴う通常の正弦波電圧による駆動と異なり、高いエネ
ルギー効率を所有するのは勿論のこと、スイッチングの
制御を工夫することにより、任意の周波数を有する種々
の波形の出力信号を得ることができ、高い制御性を確保
することが可能になる。
The driving by the alternating voltage obtained only by the switching as described above is different from the driving by the ordinary sine-wave voltage with an ohmic loss as in the prior art, and it naturally possesses high energy efficiency. By devising switching control, it is possible to obtain output signals of various waveforms having an arbitrary frequency, and to ensure high controllability.

【0030】尚、上記スイッチングにより得られる交番
電圧の電圧値は、ピークツーピークで10V〜1MV、
好ましくは100V以上、更に好ましくは300V〜1
0KVであり、また、その周波数は、0.1Hz〜10
GHz、好ましくは100Hz〜1MHz、更に好まし
くは1KHz〜100KHzである。
Incidentally, the voltage value of the alternating voltage obtained by the switching is 10 V to 1 MV peak-to-peak,
Preferably 100 V or more, more preferably 300 V to 1
0 KV, and the frequency is 0.1 Hz to 10 Hz.
GHz, preferably 100 Hz to 1 MHz, more preferably 1 KHz to 100 KHz.

【0031】上記請求項2に記載した発明は、既述の場
合と同様の構成とされたインバータ電源と、このインバ
ータ電源に接続された一対の電極とを備えてなるプラズ
マ生成装置に係るものである。従って、この場合にも、
上記請求項1の場合と同様の作用効果が得られることに
なる。
The present invention according to claim 2 relates to a plasma generating apparatus comprising an inverter power supply having the same configuration as that described above, and a pair of electrodes connected to the inverter power supply. is there. Therefore, also in this case,
The same operation and effect as those of the first aspect can be obtained.

【0032】上記請求項3に記載したプラズマ生成装置
によると、上述の請求項2に係る装置の構成に加えて、
プラズマの光強度を検出する光強度検出手段と、この検
出手段からの信号に基づいて交番電圧の3種の変数要素
のうちの少なくともいずれか一つを制御する制御手段と
を備えたものである。詳しくは、この制御手段は、光強
度検出手段からの信号に基づいて、交番電圧の電圧値、
周波数、デューティー比のうちの少なくともいずれか一
つの制御を行う。つまり、プラズマの光強度が例えば常
に一定になるようにフィードバック制御を行うのであ
る。このようにプラズマの光強度が一定であれば、プラ
ズマの状態も一定の状態に維持されていることになるか
ら、上記のように3種の変数要素を適宜変化させながら
上記フィードバック制御を行うことにより、プラズマが
生成されている途中で意に反してその光強度が変化して
不安定な状態になる等の不具合が回避され、プラズマを
長時間にわたって所望の安定状態に維持し続けることが
可能になる。尚、上記光強度検出手段としては、例えば
フォトダイオードが使用される。
According to the plasma generating apparatus of the third aspect, in addition to the configuration of the apparatus of the second aspect,
Light intensity detecting means for detecting the light intensity of the plasma, and control means for controlling at least one of the three kinds of variable elements of the alternating voltage based on a signal from the detecting means. . Specifically, the control unit is configured to control the voltage value of the alternating voltage based on a signal from the light intensity detection unit,
At least one of the frequency and the duty ratio is controlled. That is, feedback control is performed so that the light intensity of the plasma is always constant, for example. If the light intensity of the plasma is constant as described above, the state of the plasma is also maintained at a constant state. Therefore, it is necessary to perform the feedback control while appropriately changing the three types of variable elements as described above. As a result, it is possible to avoid such a problem that the light intensity changes unexpectedly while the plasma is being generated and the plasma becomes unstable, and the plasma can be maintained in a desired stable state for a long time. become. As the light intensity detecting means, for example, a photodiode is used.

【0033】上記請求項4に記載したプラズマ生成装置
によれば、プラズマの状態を安定化させるためのフィー
ドバック制御を行うに際して、電流値検出手段の動作に
より一対の電極間を流れる電流値を検出し、この電流値
が例えば常に一定となるように、制御手段が上記と同様
に3種の変数要素の少なくともいずれか一つを制御する
のである。このように電極間を流れる電流値が一定であ
れば、プラズマの状態も一定の状態に維持されているも
のと判断できることから、上述の請求項3の場合と同様
に、プラズマを常に所望の安定状態に維持できることに
なる。尚、上記電流値検出手段としては、例えば電流計
が使用される。
According to the fourth aspect of the present invention, when performing the feedback control for stabilizing the state of the plasma, the current value flowing between the pair of electrodes is detected by the operation of the current value detecting means. The control means controls at least one of the three types of variable elements in the same manner as described above so that the current value is always constant, for example. If the value of the current flowing between the electrodes is constant in this manner, it can be determined that the state of the plasma is also maintained in a constant state. It can be maintained in a state. Note that, for example, an ammeter is used as the current value detecting means.

【0034】上記請求項5に記載したプラズマ生成装置
によれば、プラズマの状態を安定化させるためのフィー
ドバック制御を行うに際して、インピーダンス検出手段
の動作により一対の電極間におけるインピーダンスを検
出し、このインピーダンスが例えば常に一定となるよう
に、制御手段が上記と同様に3種の変数要素の少なくと
もいずれか一つを制御するのである。このように電極間
におけるインピーダンスが一定であれば、プラズマの状
態も一定の状態に維持されているものと判断できること
から、上述の請求項3の場合と同様に、プラズマを常に
所望の安定状態に維持できることになる。尚、上記イン
ピーダンス検出手段としては、例えば電流計と電圧計と
の両者が使用される。
According to the fifth aspect of the present invention, when performing feedback control for stabilizing the state of plasma, the impedance between the pair of electrodes is detected by the operation of the impedance detecting means. For example, the control means controls at least one of the three types of variable elements in the same manner as described above so that is always constant. If the impedance between the electrodes is constant in this way, it can be determined that the state of the plasma is also maintained in a constant state, so that the plasma is always brought to a desired stable state as in the case of the above-described claim 3. It can be maintained. As the impedance detecting means, for example, both an ammeter and a voltmeter are used.

【0035】上記請求項6に記載したプラズマ利用表面
処理方法によれば、既述の発明方法や発明装置を使用し
て生成されたプラズマ中に、高分子材料例えばプラスチ
ックシートやプラスチック部品等の表面またはセラミッ
ク材料の表面を晒し、これにより当該高分子材料または
セラミック材料の表面状態を改質するのである。
According to the plasma-based surface treatment method described in the sixth aspect, the surface of a polymer material such as a plastic sheet or a plastic part is included in the plasma generated by using the above-described invention method or invention apparatus. Alternatively, the surface of the ceramic material is exposed, thereby modifying the surface state of the polymer material or the ceramic material.

【0036】この場合における上記表面状態を改質する
ための具体的手法を詳述すると、例えばフッ素元素を含
むガスをプラズマ化し、このプラズマ中にプラスチック
シート等の表面を晒した場合には、該シートの表面がフ
ッ素コーティングされた状態となり、これにより撥水性
に富んだ表面状態が得られる。このような作用は、セラ
ミック材料でなる各種部品の表面についても、同様にし
て行われ得る。
The specific method for modifying the surface state in this case will be described in detail. For example, when a gas containing a fluorine element is turned into a plasma and the surface of a plastic sheet or the like is exposed to the plasma, The surface of the sheet is coated with fluorine, thereby obtaining a surface state rich in water repellency. Such an action can be similarly performed on the surface of various components made of a ceramic material.

【0037】また、これとは逆に、例えば酸素元素また
は窒素元素のいずれか一方または双方を含むガスをプラ
ズマ化し、このプラズマ中にプラスチックシート等の表
面を晒した場合には、撥水性が悪化して親水性に富んだ
表面状態が得られる。何故ならば、高分子材料はCとH
との化学的結合により構成されており、これが例えば酸
素元素を含むガスのプラズマ中に晒された場合には、
C,O,Hの化学的結合が得られることになるが、この
ような状態となった高分子材料表面は水分子と結合し易
いという特性を有しているからである。また、同様にし
て、窒素元素を含むガスのプラズマ中に高分子材料を晒
した場合には、C,N,Hの化学的結合が得られること
になるが、このような表面状態の場合にも水分子と結合
し易くなるという特性を有している。加えて、酸素元素
と窒素元素との双方を含むガスのプラズマ中に高分子材
料を晒した場合にも、C,O,Hの化学的結合とC,
N,Hの化学的結合との両者が混在した状態となり、こ
の両者はいずれも上記のように水分子と結合し易いとい
う特性を有している。このような作用は、セラミック材
料でなる各種部品についても、基本的には同様にして行
われ得る。但し、セラミック材料は、本来的にはHを化
学的結合要素として含有していないため、上記と同様の
作用を得るには、水素ガスや水蒸気等を供給した雰囲気
中でプラズマを生成させる必要がある。
Conversely, when a gas containing one or both of oxygen element and nitrogen element is converted into plasma and the surface of a plastic sheet or the like is exposed to the plasma, the water repellency deteriorates. As a result, a surface state rich in hydrophilicity is obtained. Because polymer materials are C and H
When this is exposed to, for example, a plasma of a gas containing elemental oxygen,
Although a chemical bond of C, O, and H is obtained, the surface of the polymer material in such a state has a characteristic of easily bonding to water molecules. Similarly, when a polymer material is exposed to a plasma of a gas containing a nitrogen element, a chemical bond of C, N, and H is obtained. Also has the property of being easily bonded to water molecules. In addition, when a polymer material is exposed to a plasma of a gas containing both oxygen and nitrogen, the chemical bond between C, O, and H and C,
Both the chemical bond of N and H are in a mixed state, and both of them have the characteristic that they are easily bonded to water molecules as described above. Such an operation can be performed basically in the same manner for various components made of a ceramic material. However, since ceramic materials do not originally contain H as a chemical bonding element, it is necessary to generate plasma in an atmosphere supplied with hydrogen gas, water vapor, or the like in order to obtain the same effect as described above. is there.

【0038】更に、他の具体的手法を詳述すると、例え
ばヘリウムやアルゴン等の不活性ガスをプラズマ化し、
このプラズマ中にプラスチック部品等の表面を晒した場
合には、その運動エネルギーにより当該表面が乱雑に叩
打された状態となり、これにより凹凸を有する表面状態
が得られる。このような処理は、プラスチック部品のメ
ッキ工程における前処理として有効利用できると共に、
薬品を使用する必要性がなくなってドライ化による工程
の簡素化が推進され、廃液による汚染等の問題が生じな
くなる。尚、上記例示したヘリウム及びアルゴンは、プ
ラズマ化が容易に行えると共にその使用に際しては安全
性が確保でき而も低コストであるという利点を有してい
るが、これら以外の元素を含むガスをプラズマ化したも
のであっても上記と同様の効果を得ることは可能であ
る。
Further, another specific method will be described in detail. For example, an inert gas such as helium or argon is turned into plasma,
When the surface of a plastic part or the like is exposed to the plasma, the surface is randomly beaten by the kinetic energy, and a surface state having irregularities is obtained. Such a treatment can be effectively used as a pretreatment in a plating process of a plastic part,
The necessity of using chemicals is eliminated, and the simplification of the process by drying is promoted, and the problem such as contamination by waste liquid does not occur. The helium and argon exemplified above have an advantage that they can be easily converted into plasma and that they can be used safely and can be manufactured at low cost. It is possible to obtain the same effect as described above even if it is formed.

【0039】上記請求項7に記載したプラズマ利用表面
処理方法によれば、上述の請求項1乃至5に記載の発明
方法や発明装置を使用して生成されたプラズマ中に、金
属材料例えばステンレス、鋼、アルミなどの表面を晒
し、これにより当該金属材料の表面に薄膜を形成するの
である。
According to the plasma-assisted surface treatment method described in claim 7, a metallic material, for example, stainless steel, is contained in the plasma generated using the method and apparatus according to claims 1 to 5. The surface of steel, aluminum, or the like is exposed, thereby forming a thin film on the surface of the metal material.

【0040】この場合における上記薄膜形成の具体的手
法を詳述すると、例えば二酸化炭素、メタンガス、エタ
ンガス、エチレンガス、ブタン、もしくはプロパン等の
ように炭素元素を含むガスをプラズマ化し、このプラズ
マ中に金属材料の表面を晒すことにより、その表面にカ
ーボンの薄膜が形成される。また、例えばシランガス等
のように珪素元素を含むガスをプラズマ化し、このプラ
ズマ中に金属材料の表面を晒した場合には、その表面に
アモルファスシリコンの薄膜が形成される。更に、例え
ばデカボラン等のようにホウ素元素を含むガスをプラズ
マ化し、このプラズマ中に金属材料の表面を晒した場合
には、その表面にボロンの薄膜が形成される。加えて、
例えば窒素ガスをプラズマ化し、このプラズマ中に金属
材料の表面を晒した場合には、その表面部にチッ化処理
が施される。そして、上記列挙した手法によれば、いず
れの表面についても耐摩耗性等に優れた表面特性が得ら
れることになる。
The specific method of forming the thin film in this case will be described in detail. For example, a gas containing a carbon element, such as carbon dioxide, methane gas, ethane gas, ethylene gas, butane, or propane, is turned into plasma, and this plasma is formed. By exposing the surface of the metal material, a carbon thin film is formed on the surface. Further, when a gas containing a silicon element, such as silane gas, is turned into plasma and the surface of the metal material is exposed to the plasma, an amorphous silicon thin film is formed on the surface. Further, when a gas containing a boron element, such as decaborane, is turned into plasma and the surface of the metal material is exposed to the plasma, a thin film of boron is formed on the surface. in addition,
For example, when nitrogen gas is turned into plasma and the surface of the metal material is exposed to the plasma, the surface is subjected to a nitriding treatment. According to the above-listed techniques, surface characteristics excellent in abrasion resistance and the like can be obtained for any surface.

【0041】上記請求項8に記載したプラズマ利用表面
処理方法によれば、上述の請求項1乃至5に記載の発明
方法や発明装置を使用して生成されたプラズマ中に、生
体代替品もしくは生体装着品の表面を晒し、これにより
当該代替品や装着品の表面の親水性を向上させるのであ
る。尚、上記生体代替品としては、人工骨、人工血管ま
たは人工角膜などが挙げられ、また上記生体装着品とし
ては、コンタクトレンズ(特に、近年普及している使い
捨てのもの)などが挙げられる。
According to the plasma-assisted surface treatment method described in claim 8, a living body substitute or a living body is included in the plasma generated by using the method or apparatus according to any one of claims 1 to 5. It exposes the surface of the fitting, thereby improving the hydrophilicity of the surface of the replacement or fitting. In addition, an artificial bone, an artificial blood vessel, an artificial cornea, and the like can be cited as the living body substitute, and a contact lens (particularly, a disposable thing that has recently become popular) can be mentioned as the living body wearing article.

【0042】この場合における上記表面処理の具体的手
法を詳述すると、例えば酸素元素または窒素元素のいず
れか一方または双方を含むガスをプラズマ化し、このプ
ラズマ中に生体代替品や生体装着品の表面を晒すことに
より、親水性に富んだ表面状態が得られる。尚、このよ
うに酸素元素や窒素元素の存在に起因して親水性が改善
される理由は、既に述べた通りである。この場合におい
て、生体代替品のうちの人工骨(セラミックス製)につ
いて考察してみると、人工骨と生体骨とを接続する場合
には、人工骨が親水性に富んでいれば生体骨との間の接
着性或いは密着性が改善されて、剥離が生じ難い状態に
なり、両者の接続が円滑且つ堅固に行われることにな
る。同様にして、他の生体代替品についても、親水性に
富んでいることから生体との接続が良好に行われる。ま
た、生体装着品のうちのコンタクトレンズについては、
親水性が向上して撥水性が悪化することになることか
ら、装着後においては容易に剥がれ落ちないことにな
る。
The specific method of the surface treatment in this case will be described in detail. For example, a gas containing one or both of oxygen element and nitrogen element is turned into plasma, and the surface of the living body substitute or the living body wearing article is put into the plasma. , A surface state rich in hydrophilicity can be obtained. The reason why the hydrophilicity is improved due to the presence of the oxygen element and the nitrogen element is as described above. In this case, considering the artificial bone (made of ceramics) among the biological substitutes, when connecting the artificial bone and the biological bone, if the artificial bone is rich in hydrophilicity, it will not be possible to connect the artificial bone to the biological bone. Adhesion or adhesion between them is improved, so that peeling hardly occurs, and the connection between the two is performed smoothly and firmly. Similarly, other biological substitutes are well connected to a living body because they are rich in hydrophilicity. In addition, for contact lenses among bio-wear products,
Since the hydrophilicity is improved and the water repellency is degraded, it does not easily peel off after mounting.

【0043】上記請求項9に記載したプラズマ利用表面
処理方法によれば、上述の請求項1乃至5に記載の発明
方法や発明装置を使用して生成されたプラズマ中に、汚
染物の表面を晒し、これにより当該汚染物の表面を消毒
するのである。尚、上記汚染物としては、例えば遺伝子
交換をしている現場などで使用される医療用等の器具類
であって、特にタンパク質等の有機物やDNAにより汚
染された物品などが挙げられる。
According to the plasma-based surface treatment method of the ninth aspect, the surface of a contaminant is included in the plasma generated by using the method and the apparatus according to the first to fifth aspects. Exposure, thereby disinfecting the surface of the contaminant. In addition, examples of the contaminants include instruments for medical use and the like used in a site where gene exchange is performed, and in particular, articles contaminated with organic substances such as proteins and DNA, and the like.

【0044】この場合における上記表面処理の具体的手
法を詳述すると、この表面処理方法は加熱処理に伴う熱
分解作用を利用するものであるため、プラズマ化するガ
スの含有元素の種類については、厳格な制約を受けるこ
とはない。そして、極めて高温状態のプラズマ中に上記
汚染物の表面を晒すことにより、その表面に付着してい
るタンパク質やDNAが熱分解され、これにより消毒が
完了する。従って、加熱処理を試みるに際して例えば焼
却用のバーナー等を使用する必要性がなくなり、簡素且
つコンパクトな構成で而も充分な安全性を確保した状態
で消毒を行うことが可能になる。
The specific method of the above-mentioned surface treatment in this case will be described in detail. Since this surface treatment method utilizes the thermal decomposition effect accompanying the heat treatment, the types of the elements contained in the gas to be plasmatized are as follows. You are not subject to strict restrictions. Then, by exposing the surface of the contaminant to plasma in an extremely high temperature state, proteins and DNA attached to the surface are thermally decomposed, thereby completing the disinfection. Therefore, it is not necessary to use, for example, a burner for incineration when attempting the heat treatment, and it is possible to perform the disinfection with a simple and compact configuration while also ensuring sufficient safety.

【0045】上記請求項10に記載したプラズマ利用ガ
ス処理方法によれば、上述の請求項1乃至5に記載の発
明方法や発明装置を使用して生成されたプラズマ中に、
有害ガスを導入し、これにより当該ガス中の有害成分を
低減もしくは除去するのである。尚、上記有害ガスとし
ては、例えば焼却炉等から排出されるガスであってダイ
オキシン及びNOx等を含有しているものや、遺伝子交
換をしている現場で汚染された空気などが挙げられる。
According to the plasma processing gas processing method according to the tenth aspect, the plasma generated by using the method and the apparatus according to the first to fifth aspects includes:
A harmful gas is introduced, thereby reducing or removing harmful components in the gas. Examples of the harmful gas include a gas discharged from an incinerator or the like and containing dioxin and NOx, and air contaminated at a site where gene exchange is performed.

【0046】この場合における上記ガス処理の具体的手
法を詳述すると、このガス処理方法も既述の場合と同様
に加熱処理に起因する分解作用を利用するものであるた
め、プラズマ化するガスの含有元素の種類については、
厳格な制約を受けることはない。そして、ダイオキシン
をプラズマ中に晒すことにより、ダイオキシンを構成し
ているベンゼン環相互の化学的結合がプラズマの高熱に
より切離されて分解され、この後、急激に冷却すること
により、塩素化合物は生成されるがダイオキシンに類似
する有害物質は生成されない。また、NOxについても
同様にして、NとOとの化学的結合がプラズマの高熱に
より切離されて分解される。一方、遺伝子交換現場の汚
染空気は、プラズマ中に晒されることにより、汚染空気
中に混入されているタンパク質やDNAが加熱処理に起
因して熱分解され、これらの有害物質が除去されること
になる。
The specific method of the gas treatment in this case will be described in detail. Since this gas treatment method also utilizes the decomposition effect caused by the heat treatment as in the case described above, the gas treatment to be converted into plasma is performed. For the types of contained elements,
You are not subject to strict restrictions. By exposing the dioxin to the plasma, the chemical bond between the benzene rings constituting the dioxin is cut off by the high heat of the plasma and decomposed, and then rapidly cooled to produce chlorine compounds. However, no harmful substances similar to dioxin are produced. Similarly, for NOx, the chemical bond between N and O is cut off by the high heat of the plasma and decomposed. On the other hand, when the contaminated air at the site of gene exchange is exposed to plasma, the proteins and DNA mixed in the contaminated air are thermally decomposed due to the heat treatment, and these harmful substances are removed. Become.

【0047】[0047]

【実施例】以下、本願発明に係るプラズマ生成方法、プ
ラズマ生成装置、プラズマ利用表面処理方法、並びにプ
ラズマ利用ガス処理方法の実施例を図面に基づいて説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a plasma generation method, a plasma generation apparatus, a plasma-based surface treatment method, and a plasma-based gas treatment method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0048】図1は、本願発明の実施例に係るプラズマ
生成装置の本体部分の外観を示す斜視図である。同図に
示すように、このプラズマ生成装置1の反応室Xは、円
筒形の筒状体2と、該筒状体2の上方を封止する上蓋体
3と、該筒状体2の下方を封止する大径の下蓋体4とに
より画成される空間として構成されており、上記下蓋体
4の外周縁部分には下方に突出する三本の脚体5が固定
されている。上記筒状体2、上蓋体3及び下蓋体4は、
透明のアクリル樹脂材料で形成されており、これにより
内部の反応室X全体が観察できるように配慮がなされて
いる。
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a main body of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a reaction chamber X of the plasma generating apparatus 1 includes a cylindrical tubular body 2, an upper lid body 3 that seals an upper part of the tubular body 2, and a lower part of the tubular body 2. Is formed as a space defined by a large-diameter lower lid 4 for sealing the lower lid 4, and three legs 5 projecting downward are fixed to an outer peripheral edge portion of the lower lid 4. . The tubular body 2, the upper lid 3 and the lower lid 4 are
It is made of a transparent acrylic resin material, so that the entire reaction chamber X inside can be observed.

【0049】上記反応室Xの略中央部分には、相互間に
所定の隙間を介在させて一対の電極6が配設されてお
り、この両電極6は、テフロン等でなる絶縁性カバー7
に保持された状態で上蓋体3と下蓋体4とにそれぞれ取
り付けられている。上記両電極6の表面部分はそれぞ
れ、プラズマの均一化を図るための絶縁フィルム8で覆
われている。この場合において、上記絶縁フィルム8に
代えて、ガラス板やセラミック板等を使用することも可
能であり、これらの使用であっても同様にしてプラズマ
の均一化が図られる。また、この実施例では、上記両電
極6相互間の隙間の大きさが可変となるように、少なく
とも一方の電極6が上下動可能に構成されている。この
可変機構は、詳細には図示しないが、例えば上蓋体3及
び/または下蓋体4に雌ねじ部を有するナット部材を固
設する一方、電極6側に雄ねじ部を有するねじ軸を固設
し、上記ナット部材とねじ軸とを螺合させて相対回転可
能に保持することにより構成される。尚、上記筒状体2
の周壁には、反応室X内へのガス導入口を有する導入管
9と、ガス排出口を有する排出管10とが取り付けられ
ている。
At a substantially central portion of the reaction chamber X, a pair of electrodes 6 is disposed with a predetermined gap therebetween, and both electrodes 6 are provided with an insulating cover 7 made of Teflon or the like.
Are attached to the upper lid 3 and the lower lid 4 respectively. The surface portions of both electrodes 6 are covered with an insulating film 8 for making the plasma uniform. In this case, it is possible to use a glass plate, a ceramic plate, or the like instead of the insulating film 8, and even with these uses, the plasma can be made uniform. In this embodiment, at least one of the electrodes 6 is configured to be vertically movable such that the size of the gap between the two electrodes 6 is variable. This variable mechanism is not shown in detail, but, for example, a nut member having a female screw portion is fixed to the upper lid 3 and / or the lower lid 4, and a screw shaft having a male screw portion is fixed to the electrode 6 side. The nut member and the screw shaft are screwed and held so as to be relatively rotatable. In addition, the said cylindrical body 2
An inlet pipe 9 having a gas inlet into the reaction chamber X and an outlet pipe 10 having a gas outlet are attached to the peripheral wall of the reactor.

【0050】上記両電極6には、それぞれ信号線aが導
通して引き通されており、この信号線aは、インバータ
電源に電気的に接続されている。
Each of the electrodes 6 is connected to a signal line a in a conductive state, and the signal line a is electrically connected to an inverter power supply.

【0051】図2に示すように、上記インバータ電源1
1は、基本的には、高圧直流電源12と、MOSFET
素子等の半導体素子でなる小型スイッチング回路13と
から構成されている。そして、この小型スイッチング回
路13の一対のスイッチ切換部14が、図示のような一
方側の接点への接続状態から、他方側の接点への接続状
態に切り換わることにより、電極6に対して印加される
電圧の極性が反転されるようになっている。尚、必要な
らば、上記電極6の少なくとも一方に、直流電圧による
バイアスを印加するようにしてもよい。
As shown in FIG.
1 is basically a high voltage DC power supply 12 and a MOSFET
And a small switching circuit 13 composed of a semiconductor element such as an element. Then, the pair of switch switching sections 14 of the small switching circuit 13 is switched from the state of connection to the one side contact as shown in the figure to the state of connection to the other side contact to apply the voltage to the electrode 6. The polarity of the applied voltage is inverted. If necessary, a bias by a DC voltage may be applied to at least one of the electrodes 6.

【0052】上記インバータ電源11により生成される
電圧の波形としては、例えば図3に示す(a) 〜(d) の形
態を一例として挙げることができ、これらはいずれも、
パルス波形を呈する交番電圧とされている。この交番電
圧の電圧値は、ピークツーピークで、100V以上であ
ることが好ましい。これは、一対の電極6間には被処理
物を介在させるための隙間を確保する必要があり、この
被処理物が例えば薄肉状のシート等の場合であっても、
約0.1mm程度の隙間が必要になる。そして、一対の
電極6間にこの程度の隙間が存在する場合において、プ
ラズマを良好に生成させるには、少なくとも100Vの
電圧値が必要になるからである。また、この電圧値は、
300V〜10KVであることが更に好ましい。これ
は、上記被処理物が薄肉状のものでない場合には、上記
一対の電極6間の隙間を大きくせねばならず、これに相
当する隙間が存在している状態で良好なプラズマを生成
させるには300V以上が妥当である一方、10KV以
上であれば装置が稍大型化する嫌いがあることによる。
尚、この電圧値は、10V〜1MVの範囲内にあれば充
分な効果を発揮できるものである。これは、仮に10V
以下であれば上記電極6間の隙間を可及的狭くしてもプ
ラズマを良好に生成させることができず、また1MV以
上であれば装置が必要以上に大型化されてしまうからで
ある。
The waveform of the voltage generated by the inverter power supply 11 may be, for example, one of the modes (a) to (d) shown in FIG.
It is an alternating voltage exhibiting a pulse waveform. The voltage value of the alternating voltage is preferably 100 V or more in a peak-to-peak manner. This means that it is necessary to secure a gap between the pair of electrodes 6 for interposing an object to be processed. Even when the object to be processed is, for example, a thin sheet or the like,
A gap of about 0.1 mm is required. Then, in the case where such a gap exists between the pair of electrodes 6, a voltage value of at least 100 V is required to generate plasma satisfactorily. Also, this voltage value is
More preferably, it is 300 V to 10 KV. This means that when the object to be processed is not a thin-walled one, the gap between the pair of electrodes 6 must be increased, and a good plasma is generated in a state where a gap corresponding to this is present. In this case, 300V or more is appropriate, while if it is 10KV or more, there is a tendency for the apparatus to be slightly larger.
Incidentally, if this voltage value is in the range of 10 V to 1 MV, a sufficient effect can be exhibited. This is 10V
If it is less than the above, it is not possible to generate plasma satisfactorily even if the gap between the electrodes 6 is made as narrow as possible, and if it is 1 MV or more, the apparatus becomes unnecessarily large.

【0053】一方、この交番電圧の周波数は、100H
z〜1MHzであることが好ましい。これは、プラズマ
の生成状態を良好にして処理速度を適度に速めるには1
00Hz以上とする必要がある一方、1MHz以上であ
ればインバータ電源のエネルギー効率の向上効果が充分
に得られなくなるからである。また、この交番電圧の周
波数は、1KHz〜100KHzであることが更に好ま
しい。これは、上記処理速度を充分に速めるには1KH
z以上とする必要がある一方、100KHz以下であれ
ば上記インバータ電源のエネルギー効率が的確に向上す
るからである。尚、この周波数は、0.1Hz〜10G
Hzの範囲内にあれば充分な効果を発揮できるものであ
る。これは、仮に0.1Hz以下であれば交番電圧とし
ての役割を果たし得ない特性となってしまい、また10
GHz以上であれば正弦波形と同様の作用効果を得られ
るに留まり有効なパルス波形としての特性が得られなく
なるからである。
On the other hand, the frequency of this alternating voltage is 100H
It is preferably z to 1 MHz. This is necessary to improve the plasma generation state and increase the processing speed appropriately.
This is because the frequency needs to be 00 Hz or higher, whereas if it is 1 MHz or higher, the effect of improving the energy efficiency of the inverter power supply cannot be sufficiently obtained. Further, the frequency of the alternating voltage is more preferably 1 KHz to 100 KHz. This is 1 KH to sufficiently increase the processing speed.
This is because the energy efficiency needs to be not less than z, and if it is not more than 100 KHz, the energy efficiency of the inverter power supply is appropriately improved. Note that this frequency is 0.1 Hz to 10 G
If it is in the range of Hz, a sufficient effect can be exhibited. This is a characteristic that if it is 0.1 Hz or less, it cannot function as an alternating voltage.
If the frequency is higher than GHz, the same operation and effect as those of the sine waveform can be obtained, and characteristics as an effective pulse waveform cannot be obtained.

【0054】図4に示すように、この実施例に係るプラ
ズマ生成装置1は、その付加的要素として、上記筒状体
2の一側方における中央部に配設されて両電極6間の隙
間近傍の光強度を検出するフォトダイオード等でなる光
強度検出手段15と、上記インバータ電源11で生成さ
れる交番電圧の電圧値を変化させるための電圧値可変用
回路16と、上記交番電圧の周波数を変化させるための
周波数可変用回路17と、上記交番電圧のデューティー
比を変化させるためのデューティー比可変用回路18と
を備えている。加えて、このプラズマ生成装置1は、上
記光強度検出手段15からの信号に基づいて上記三種の
可変用回路16、17、18を制御する制御手段19を
備えている。この場合、制御手段19が制御を行う対象
である可変用回路としては、必ずしも上記のように三種
である必要性はなく、これらの中のいずれか一つ或いは
二種であっても差し支えない。
As shown in FIG. 4, the plasma generating apparatus 1 according to this embodiment is provided as an additional element at a central portion on one side of the tubular body 2 and has a gap between the electrodes 6. A light intensity detecting means 15 such as a photodiode for detecting the light intensity in the vicinity, a voltage value changing circuit 16 for changing the voltage value of the alternating voltage generated by the inverter power supply 11, and a frequency of the alternating voltage And a duty ratio varying circuit 18 for varying the duty ratio of the alternating voltage. In addition, the plasma generating apparatus 1 includes a control unit 19 that controls the three types of variable circuits 16, 17, and 18 based on a signal from the light intensity detection unit 15. In this case, the variable circuits to be controlled by the control means 19 need not necessarily be three types as described above, and may be any one or two of them.

【0055】そして、上記制御手段19は、光強度検出
手段15からの信号に基づいて、交番電圧の電圧値、周
波数、デューティー比を適宜変化させることにより、プ
ラズマの光強度が常に一定となるようにフィードバック
制御を行う構成である。このようにプラズマの光強度が
一定であれば、プラズマの状態も一定の状態に維持され
ていることになるから、上記のようにフィードバック制
御を行うことにより、プラズマが生成されている途中で
目的に反してその光強度が変化して不安定な状態になる
等の不具合が回避され、プラズマを長時間にわたって所
望の安定状態に維持し続けることが可能になる。尚、上
記筒状体2に取り付けられている導入管9には、流量計
20を介してガス容器21が接続されている。
The control means 19 appropriately changes the voltage value, frequency and duty ratio of the alternating voltage based on the signal from the light intensity detection means 15 so that the light intensity of the plasma is always constant. In which feedback control is performed. If the light intensity of the plasma is constant in this manner, the state of the plasma is also maintained in a constant state. By performing the feedback control as described above, On the contrary, it is possible to avoid such a problem that the light intensity is changed to be in an unstable state and the plasma can be maintained in a desired stable state for a long time. In addition, a gas container 21 is connected to the introduction pipe 9 attached to the cylindrical body 2 via a flow meter 20.

【0056】図5に示すように、制御手段19が上述の
三種(またはいずれか一つもしくは二種)の可変用回路
16、17、18を制御する場合の他の態様として、光
強度検出手段15に代えて、上記両電極6間を流れる電
流値を検出する電流計等でなる電流値検出手段22が配
備される。また、更なる他の態様として、上記電流値検
出手段22に代えて、これと同様の箇所に、上記両電極
6間のインピーダンスを検出する電流計及び電圧計の組
合せ等でなるインピーダンス検出手段が配備される。そ
して、この場合においても、上記制御手段19は、電流
値検出手段22もしくはインピーダンス検出手段からの
信号に基づいて、交番電圧の電圧値、周波数、デューテ
ィー比を適宜変化させることにより、両電極6間の電流
値もしくはインピーダンスが常に一定となるようにフィ
ードバック制御を行う構成である。
As shown in FIG. 5, as another mode in which the control means 19 controls the three (or any one or two) variable circuits 16, 17, and 18, the light intensity detection means Instead of 15, a current value detecting means 22 such as an ammeter for detecting a current value flowing between the two electrodes 6 is provided. As still another aspect, instead of the current value detecting means 22, an impedance detecting means such as a combination of an ammeter and a voltmeter for detecting the impedance between the electrodes 6 is provided at a similar location. Be deployed. In this case as well, the control means 19 appropriately changes the voltage value, frequency, and duty ratio of the alternating voltage based on the signal from the current value detection means 22 or the impedance detection means, thereby providing a voltage between the two electrodes 6. The feedback control is performed such that the current value or the impedance of the current is always constant.

【0057】次に、以上のような構成からなるプラズマ
生成装置1の作用を説明する。
Next, the operation of the plasma generating apparatus 1 having the above configuration will be described.

【0058】先ず、上記プラズマ生成装置1を使用して
高分子材料の表面処理を行う場合について説明すると、
フッ素元素を含むガスを導入管9を通じて反応室Xに導
入しておくと共に、インバータ電源11の動作によりパ
ルス波形を呈する交番電圧を電極6に印加させてプラズ
マを生成する。そして、このプラズマ中に、プラスチッ
クシート或いはプラスチック部品の表面を晒すことによ
り、フッ素コーティングされた撥水性に富む表面状態が
得られる。一方、上記反応室X内に酸素元素及び/また
は窒素元素を含むガスを導入して上記と同様にプラズマ
化し、このプラズマ中に、プラスチックシート或いはプ
ラスチック部品の表面を晒した場合には、上記とは逆に
親水性に富む表面状態が得られる(この理由は既述の通
り)。また、上記プラズマ生成装置1を使用してセラミ
ック材料の表面処理を行う場合についても、同様にして
撥水性または親水性に富む表面状態が得られる。尚、セ
ラミック材料については、窒素元素、ホウ素元素、炭素
元素、または珪素元素を含むガスのプラズマ中に晒すこ
とにより、その表面硬化を図ることも可能である。詳し
くは、窒素に関しては、セラミック材料の表面に窒化処
理が施されるのに対して、ホウ素、炭素または珪素に関
しては、これらの薄膜がセラミック材料の表面に形成さ
れるのである。
First, the case where the surface treatment of a polymer material is performed by using the above-mentioned plasma generating apparatus 1 will be described.
A gas containing elemental fluorine is introduced into the reaction chamber X through the introduction pipe 9, and an alternating voltage having a pulse waveform is applied to the electrode 6 by the operation of the inverter power supply 11 to generate plasma. Then, by exposing the surface of the plastic sheet or plastic part to the plasma, a fluorine-coated water-repellent surface state can be obtained. On the other hand, when a gas containing an oxygen element and / or a nitrogen element is introduced into the reaction chamber X and turned into plasma in the same manner as described above, and the surface of the plastic sheet or the plastic part is exposed to the plasma, On the contrary, a surface state rich in hydrophilicity is obtained (the reason is as described above). Also, in the case where the ceramic material is subjected to surface treatment using the above-described plasma generation device 1, a surface state rich in water repellency or hydrophilicity can be similarly obtained. The surface of the ceramic material can be hardened by exposing it to a plasma of a gas containing a nitrogen element, a boron element, a carbon element, or a silicon element. Specifically, for nitrogen, the surface of the ceramic material is subjected to a nitriding treatment, whereas for boron, carbon, or silicon, these thin films are formed on the surface of the ceramic material.

【0059】また、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガス
を反応室Xに導入してプラズマ化し、このプラズマ中
に、プラスチックシート或いはプラスチック部品の表面
を晒した場合には、当該プラズマが有している運動エネ
ルギーによりその表面が乱雑に叩打された状態になり、
この結果として、メッキ工程における前処理に有効利用
可能な凹凸を有する表面状態が得られる。
When an inert gas such as helium or argon is introduced into the reaction chamber X and turned into plasma, and the surface of a plastic sheet or a plastic part is exposed to the plasma, the plasma has The surface is randomly beaten by kinetic energy,
As a result, a surface state having irregularities that can be effectively used for pretreatment in the plating step is obtained.

【0060】一方、上記プラズマ生成装置1を使用して
金属材料の表面処理を行う場合について説明すると、炭
素元素を含むガスを反応室Xに導入してプラズマ化し、
このプラズマ中に、ステンレス、鋼、アルミなどの表面
を晒すことにより、その表面にカーボンの薄膜が形成さ
れる。また、珪素元素を含むガスを反応室Xに導入して
プラズマ化し、このプラズマ中に、ステンレス、鋼、ア
ルミなどの表面を晒した場合には、その表面にアモルフ
ァスシリコンの薄膜が形成される。更に、ホウ素元素を
含むガスを反応室Xに導入してプラズマ化し、このプラ
ズマ中に、ステンレス、鋼、アルミなどの表面を晒した
場合には、その表面にボロンの薄膜が形成される。加え
て、窒素ガスを反応室Xに導入してプラズマ化し、この
プラズマ中に、ステンレス、鋼、アルミなどの表面を晒
した場合には、その表面部にチッ化処理が施される。
On the other hand, the case where the surface treatment of a metal material is performed by using the above-mentioned plasma generating apparatus 1 will be described. A gas containing a carbon element is introduced into the reaction chamber X and turned into plasma.
By exposing the surface of stainless steel, steel, aluminum or the like to this plasma, a carbon thin film is formed on the surface. Further, when a gas containing a silicon element is introduced into the reaction chamber X and turned into plasma, and a surface of stainless steel, steel, aluminum, or the like is exposed to the plasma, a thin film of amorphous silicon is formed on the surface. Further, when a gas containing a boron element is introduced into the reaction chamber X and turned into plasma, and a surface of stainless steel, steel, aluminum, or the like is exposed to the plasma, a boron thin film is formed on the surface. In addition, when nitrogen gas is introduced into the reaction chamber X and turned into plasma, and the surface of stainless steel, steel, aluminum or the like is exposed to the plasma, the surface is subjected to a nitriding treatment.

【0061】また、上記プラズマ生成装置1を使用して
生体代替品や生体装着品の表面処理を行う場合について
説明すると、酸素元素及び/または窒素元素を含むガス
を反応室Xに導入してプラズマ化し、このプラズマ中
に、人工骨、人工血管、人工角膜、或いはコンタクトレ
ンズなどの表面を晒すことにより、親水性に富んだ表面
状態が得られる(この理由は既述の通り)。尚、人工血
管は高分子材料で形成されているが、炭素元素を含むガ
スのプラズマ中に人工血管の内表面を晒して、その内表
面にカーボンの薄膜を形成することにより、当該内表面
が滑らかになり、抗血栓性が向上するという利点も得ら
れる。
A case in which a surface treatment of a living body substitute or a living body attached article is performed using the above-described plasma generation apparatus 1 will be described. By exposing the surface of an artificial bone, an artificial blood vessel, an artificial cornea, a contact lens, or the like to the plasma, a highly hydrophilic surface state can be obtained (the reason is as described above). Although the artificial blood vessel is formed of a polymer material, the inner surface of the artificial blood vessel is exposed by exposing the inner surface of the artificial blood vessel to a plasma of a gas containing a carbon element to form a carbon thin film on the inner surface. It also has the advantage of smoothing and improved antithrombotic properties.

【0062】更に、上記プラズマ生成装置1を使用して
汚染物の表面処理を行う場合について説明すると、種類
については無制約のいずれかのガスを反応室Xに導入し
てプラズマ化し、この高温状態のプラズマ中に、汚染物
の表面を晒すことにより、その表面に付着しているタン
パク質等の有機物やDNAが熱分解され、これによりそ
の表面が消毒された状態になる。
Further, a case where surface treatment of contaminants is performed using the above-described plasma generating apparatus 1 will be described. Any type of gas is introduced into the reaction chamber X without restriction, and plasma is generated. When the surface of the contaminant is exposed to the plasma, organic substances such as proteins and DNA adhered to the surface are thermally decomposed, and the surface is disinfected.

【0063】加えて、上記プラズマ生成装置1を使用し
て焼却炉等からの排出ガス中に含有されているNOxや
ダイオキシンを除去する場合について説明すると、先
ず、焼却炉等の排気通路の途中或いは末端部に、基本的
には図1に示すものと同一の構成を有するプラズマ生成
装置1を付設する。この場合には、上記プラズマ生成装
置1において生成されるプラズマ中を、上記排出ガスが
必ず通過するように構成しておく。このような構成とし
ておけば、種類については無制約のいずれかのガスを反
応室Xに導入してプラズマ化し、この高温状態のプラズ
マ中に上記排出ガスを晒すことにより、NOxやダイオ
キシンが熱分解され、これにより排出ガス中の有害成分
が低減もしくは除去された状態になる。
In addition, the case of removing NOx and dioxin contained in exhaust gas from an incinerator or the like using the above-mentioned plasma generating apparatus 1 will be described. At the end, a plasma generator 1 having basically the same configuration as that shown in FIG. 1 is attached. In this case, the configuration is such that the exhaust gas always passes through the plasma generated by the plasma generation device 1. With such a configuration, NOx or dioxin is thermally decomposed by introducing any gas of any type into the reaction chamber X and converting it into plasma, and exposing the exhaust gas to the plasma in this high temperature state. As a result, the harmful components in the exhaust gas are reduced or removed.

【0064】また、上記プラズマ生成装置1を使用して
遺伝子交換現場から排出される汚染空気中の有機物やD
NAを除去する場合について説明すると、先ず、遺伝子
交換現場が存在している部屋等の換気扇の外方に、基本
的には図1に示すものと同一の構成を有するプラズマ生
成装置1を付設する。この場合には、上記プラズマ生成
装置1において生成されるプラズマ中を、上記換気扇を
通じて放出された汚染空気が必ず通過するように構成し
ておく。このような構成としておけば、種類については
無制約のいずれかのガスを反応室Xに導入してプラズマ
化し、この高温状態のプラズマ中に上記排出ガスを晒す
ことにより、有機物やDNAが熱分解され、これにより
汚染空気中の有害成分が低減もしくは除去された状態に
なる。
In addition, organic substances and D in contaminated air discharged from the site of gene exchange using the above-described plasma generating apparatus 1
Explaining the case of removing NA, first, a plasma generation device 1 having basically the same configuration as that shown in FIG. 1 is attached outside a ventilation fan such as a room where a gene exchange site is present. . In this case, the configuration is made so that the contaminated air released through the ventilation fan always passes through the plasma generated in the plasma generation device 1. With such a configuration, any kind of gas of unrestricted type is introduced into the reaction chamber X to be turned into plasma, and the exhaust gas is exposed to the plasma in a high temperature state, whereby organic substances and DNA are thermally decomposed. As a result, the harmful components in the contaminated air are reduced or removed.

【0065】以上のように、本願発明に係るプラズマ生
成装置1は、各種の表面処理やガス処理に利用できるも
のであるのは勿論のこと、当該装置1の構成要素である
インバータ電源11は、高圧直流電源12とMOSFE
T素子やTTL素子等の小型スイッチング回路13とに
より構成されており、而も集積回路化が可能であること
から、装置の簡素化、小型化、低コスト化、並びに消費
電力の節減が図られることになる。また、上記インバー
タ電源11が創出する電圧は、パルス波形を呈する電圧
であることから、従来の正弦波電圧に比して電源効率が
向上し、電力消費量の更なる節減や、冷却装置が不要と
なることによる装置の更なる小型化等が図られることに
なる。
As described above, the plasma generator 1 according to the present invention can be used for various surface treatments and gas treatments. High voltage DC power supply 12 and MOSFE
It is composed of a small switching circuit 13 such as a T element or a TTL element, and can be integrated, so that the device can be simplified, downsized, reduced in cost, and power consumption can be reduced. Will be. Further, since the voltage generated by the inverter power supply 11 is a voltage having a pulse waveform, the power supply efficiency is improved as compared with the conventional sine wave voltage, and further reduction in power consumption and no cooling device are required. Therefore, the size of the apparatus can be further reduced.

【0066】更に、上記インバータ電源11が創出する
パルス電圧は、極性が所定の周期で反転する交番電圧で
あることから、この交番電圧に基づいて生成されたプラ
ズマ中に被処理物を晒しても、上記被処理物の表面に正
の電荷のみ又は負の電荷のみが蓄積されることはなくな
り、チャージアップに起因する弊害等が回避される。こ
れにより、従来に比して良好且つ均一なプラズマを容易
に生成することが可能になると共に、上記被処理物に対
してもスムーズな処理が行えることになる。
Further, since the pulse voltage generated by the inverter power supply 11 is an alternating voltage whose polarity is inverted at a predetermined cycle, the object to be processed is exposed to the plasma generated based on the alternating voltage. In addition, only the positive charges or only the negative charges are not accumulated on the surface of the object to be processed, and the adverse effects caused by the charge-up can be avoided. As a result, it is possible to easily generate good and uniform plasma as compared with the related art, and it is possible to perform a smooth process on the object to be processed.

【0067】また、この種のパルス電圧は、その立ち上
がりが瞬時に行われるため、一対の電極間における絶縁
性が広範囲にわたって均一に損なわれることになり、こ
れにより局部的な電界の集中発生に伴うプラズマの偏在
が回避され、電極相互間における均一なプラズマの生成
が可能になる。
In addition, since this type of pulse voltage rises instantaneously, the insulation between the pair of electrodes is impaired uniformly over a wide range, thereby causing local electric field concentration. Uneven distribution of plasma is avoided, and uniform plasma can be generated between the electrodes.

【0068】加えて、この種のパルス電圧は、その立ち
下がりも瞬時に行われるため、アークプラズマが生成さ
れなくなると共に、アークプラズマの発生を未然に阻止
するための高真空雰囲気が不要になり、低真空中や大気
中においても良好にプラズマを生成することが可能にな
ることから、高価なターボ分子ポンプ等を備える必要が
なくなって、安価なロータリーポンプ等を備えるのみで
充分となる。そして、上述のプラズマ利用表面処理やプ
ラズマ利用ガス処理を大気中で行うことが可能になるこ
とから、従来は困難或いは不可能であったガス処理等が
容易に行えるようになるばかりでなく、装置のコストダ
ウンに大きく寄与できることになる。
In addition, since this type of pulse voltage falls instantaneously, no arc plasma is generated, and a high vacuum atmosphere for preventing the generation of arc plasma is not required. Since plasma can be generated favorably even in a low vacuum or in the atmosphere, it is not necessary to provide an expensive turbo molecular pump or the like, and it is sufficient to provide only an inexpensive rotary pump or the like. In addition, since the above-described plasma-based surface treatment and plasma-based gas treatment can be performed in the atmosphere, gas treatment and the like, which were conventionally difficult or impossible, can be easily performed. Cost can be greatly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願発明の実施例に係るプラズマ生成装置の本
体部分の外観を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a main body of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本願発明の実施例に係るプラズマ生成装置のイ
ンバータ電源を示す概略回路図である。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing an inverter power supply of the plasma generation device according to the embodiment of the present invention.

【図3】本願発明の実施例に係るプラズマ生成装置のイ
ンバータ電源により生成されるパルス電圧の特性を示す
概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating characteristics of a pulse voltage generated by an inverter power supply of the plasma generation apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図4】本願発明の実施例に係るプラズマ生成装置の全
体構成を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an overall configuration of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図5】本願発明の他の実施例に係るプラズマ生成装置
の全体構成を示す概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an overall configuration of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ生成装置 6 電極 11 インバータ電源 12 高圧直流電源 13 小型スイッチング回路 15 光強度検出手段 19 制御手段 22 電流値検出手段(インピーダンス検出手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation apparatus 6 Electrode 11 Inverter power supply 12 High voltage DC power supply 13 Small switching circuit 15 Light intensity detection means 19 Control means 22 Current value detection means (impedance detection means)

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高圧直流電源及び小型スイッチング回路
を有するインバータ電源を用いてパルス波形を呈する交
番電圧を生じさせると共に、相互に対向状に配設された
一対の電極に対して上記交番電圧を印加することにより
プラズマを生成させるようにしたことを特徴とするプラ
ズマ生成方法。
An alternating voltage having a pulse waveform is generated by using a high-voltage direct-current power supply and an inverter power supply having a small switching circuit, and the alternating voltage is applied to a pair of electrodes arranged opposite to each other. A plasma generation method characterized by generating a plasma by performing the method.
【請求項2】 高圧直流電源及び小型スイッチング回路
を有し且つパルス波形を呈する交番電圧を生じさせるイ
ンバータ電源と、該インバータ電源の小型スイッチング
回路に電気的に接続され且つ所定寸法離間して対向状に
配設された一対の電極とを備えたことを特徴とするプラ
ズマ生成装置。
2. An inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit and generating an alternating voltage having a pulse waveform, and an opposing power supply electrically connected to the small switching circuit of the inverter power supply and separated by a predetermined distance. And a pair of electrodes arranged in the plasma generator.
【請求項3】 高圧直流電源及び小型スイッチング回路
を有し且つパルス波形を呈する交番電圧を生じさせるイ
ンバータ電源と、該インバータ電源の小型スイッチング
回路に電気的に接続され且つ所定寸法離間して対向状に
配設された一対の電極と、該電極に上記交番電圧を印加
することにより生成されるプラズマの光強度を検出する
光強度検出手段と、該光強度検出手段からの信号に基づ
いて上記交番電圧の電圧値と周波数とデューティー比と
のうちの少なくともいずれか一つを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするプラズマ生成装置。
3. An inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit and generating an alternating voltage having a pulse waveform, and an opposing power supply electrically connected to the small switching circuit of the inverter power supply and separated by a predetermined distance. A pair of electrodes, a light intensity detecting means for detecting the light intensity of plasma generated by applying the alternating voltage to the electrodes, and the alternation based on a signal from the light intensity detecting means. A plasma generating apparatus, comprising: control means for controlling at least one of a voltage value of a voltage, a frequency, and a duty ratio.
【請求項4】 高圧直流電源及び小型スイッチング回路
を有し且つパルス波形を呈する交番電圧を生じさせるイ
ンバータ電源と、該インバータ電源の小型スイッチング
回路に電気的に接続され且つ所定寸法離間して対向状に
配設された一対の電極と、該電極間を流れる電流値を検
出する電流値検出手段と、該電流値検出手段からの信号
に基づいて上記交番電圧の電圧値と周波数とデューティ
ー比とのうちの少なくともいずれか一つを制御する制御
手段とを備えたことを特徴とするプラズマ生成装置。
4. An inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit and generating an alternating voltage having a pulse waveform, and an opposing power supply electrically connected to the small switching circuit of the inverter power supply and separated by a predetermined distance. A pair of electrodes, a current value detecting means for detecting a current value flowing between the electrodes, and a voltage value, a frequency, and a duty ratio of the alternating voltage based on a signal from the current value detecting means. And a control means for controlling at least one of them.
【請求項5】 高圧直流電源及び小型スイッチング回路
を有し且つパルス波形を呈する交番電圧を生じさせるイ
ンバータ電源と、該インバータ電源の小型スイッチング
回路に電気的に接続され且つ所定寸法離間して対向状に
配設された一対の電極と、該電極間のインピーダンスを
検出するインピーダンス検出手段と、該インピーダンス
検出手段からの信号に基づいて上記交番電圧の電圧値と
周波数とデューティー比とのうちの少なくともいずれか
一つを制御する制御手段とを備えたことを特徴とするプ
ラズマ生成装置。
5. An inverter power supply having a high-voltage DC power supply and a small switching circuit and generating an alternating voltage exhibiting a pulse waveform, and an opposing power supply electrically connected to the small switching circuit of the inverter power supply and spaced apart by a predetermined distance. A pair of electrodes, impedance detecting means for detecting impedance between the electrodes, and at least one of a voltage value, a frequency, and a duty ratio of the alternating voltage based on a signal from the impedance detecting means. A plasma generating apparatus, comprising: a control unit for controlling one of the two.
【請求項6】 請求項1に記載の方法または請求項2、
3、4もしくは5に記載の装置を使用して生成されたプ
ラズマ中に、高分子材料またはセラミック材料の表面を
晒すことにより、当該表面の状態を改質するようにした
ことを特徴とするプラズマ利用表面処理方法。
6. The method according to claim 1 or claim 2,
A plasma characterized in that a surface of a polymer material or a ceramic material is exposed to plasma generated by using the apparatus described in 3, 4, or 5, thereby modifying the state of the surface. Use surface treatment method.
【請求項7】 請求項1に記載の方法または請求項2、
3、4もしくは5に記載の装置を使用して生成されたプ
ラズマ中に、金属材料の表面を晒すことにより、当該表
面に薄膜を形成するようにしたことを特徴とするプラズ
マ利用表面処理方法。
7. The method according to claim 1 or claim 2,
A plasma-based surface treatment method, wherein a thin film is formed on a surface of a metal material by exposing the surface of the metal material to plasma generated by using the apparatus according to 3, 4, or 5.
【請求項8】 請求項1に記載の方法または請求項2、
3、4もしくは5に記載の装置を使用して生成されたプ
ラズマ中に、生体代替品もしくは生体装着品の表面を晒
すことにより、当該表面の親水性を向上させるようにし
たことを特徴とするプラズマ利用表面処理方法。
8. The method according to claim 1 or claim 2,
By exposing the surface of a living body substitute or a living body wearing article to plasma generated using the apparatus described in 3, 4, or 5, the hydrophilicity of the surface is improved. Surface treatment method using plasma.
【請求項9】 請求項1に記載の方法または請求項2、
3、4もしくは5に記載の装置を使用して生成されたプ
ラズマ中に、汚染物の表面を晒すことにより、当該表面
の消毒を行うようにしたことを特徴とするプラズマ利用
表面処理方法。
9. The method according to claim 1 or claim 2,
A surface treatment method using plasma, wherein the surface of the contaminant is disinfected by exposing the surface of the contaminant to plasma generated by using the apparatus according to 3, 4, or 5.
【請求項10】 請求項1に記載の方法または請求項
2、3、4もしくは5に記載の装置を使用して生成され
たプラズマ中に、有害ガスを導入することにより、当該
ガス中に含有されている有害成分を低減もしくは除去す
るようにしたことを特徴とするプラズマ利用ガス処理方
法。
10. A harmful gas is introduced into a plasma generated by using the method according to claim 1 or the apparatus according to claim 2, 3, 4, or 5, whereby the harmful gas is contained in the gas. A gas processing method using plasma, wherein a harmful component is reduced or removed.
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